机动脱螺纹注塑模结构

第7章 机动脱螺纹注塑模结构分析7.1 概述带螺纹塑件的模具结构和一般模具不同，主要区别在于螺纹在模具中的脱出和塑件的脱模。带螺纹塑件的脱模和螺纹尺寸、材料及成形方法有很大关系。如果螺纹较浅，材料质地较软可采用强制脱模。如果小批量生产，可用下面几种方式脱模：用活动螺纹型芯或型环，开模后连同塑件取下，模外手工或机动脱开；在模具上手工将简单的带螺纹塑件旋下；螺纹较小时只成形光孔或圆柱凸台，使用时自攻螺纹等。这些脱螺纹方式的模具结构比较简单，但生产效率低34。生产中广泛使用的模内脱螺纹方法有以下几类：拼合模具脱螺纹；自动开合型芯脱螺纹；旋转机构自动脱螺纹。1拼合模具脱螺纹 常用于成形螺纹直径较大，而且有接缝或者断续螺纹的场合，模具结构比较简单，能用于自动化生产。2自动开合型芯脱螺纹 这种型芯能自动张开和收缩，一般用于断续内螺纹成形，也可成形全螺纹，但有接缝。3旋转机构自动脱螺纹 旋转机构脱螺纹生产效率高，螺纹质量好，用于大批量生产。其原理是在某种动力（人工、电机、液压、气缸等）驱动下带动传动机构（齿轮、齿轮齿条、链条链轮等），使型芯或型环和塑件之间相对转动而使螺纹脱模。使用旋转机构脱螺纹时，应注意防止螺纹型芯或型环转动时带动塑件转动，因而塑件或模具上应有止转装置。7.2 旋转机动脱螺纹注塑模结构分析 旋转机动脱螺纹是利用塑件与螺纹型芯或型环相对运动与相对移动而脱出螺纹。回转机构可设在动模或定模，通常模具的回转机构设在动模一侧37。 1螺纹回转部分的止转方式 塑件外部止转，塑件内部止转，塑件端面止转。小型塑件采用侧浇口进料时把浇口适当增大也能起止转作用。 2螺纹回转部分的驱动方式 按驱动的动力分为人工驱动、开模驱动、电驱动、液压缸或气缸驱动、液压马达驱动等多种方式。7.2.1 滚珠丝杠齿轮传动自动脱螺纹注塑模结构分析堵头塑件如图7-1所示，材料为尼龙66（PA-66）。由于材料强度高，螺纹部分需采用旋转脱出方式81。7.2.1.1 模具结构堵头注塑模如图7-2所示。该模具为三板式结构，采用中心点浇口浇注形式，一模四腔。模具采用滚珠丝杠、型腔齿轮自动脱模机构，通过螺纹型腔旋转使塑件顺利脱离型腔，解决了螺纹塑件脱模问题。为使滚珠丝杠6传动稳定，在动模座板5上设置滑套4，与固定在滚珠丝杠6上的滑块3滑动配合，起导向作用。螺母2防止滚珠丝杠6脱出滑套4。为阻止滚珠丝杠6工作时转动，通过导向键21使滚珠丝杠6与动模板20相联。齿轮传动系统位于动模座板5内，内齿轮10通过两个推力球轴承7和25固定在动模座板5内，通过键9与滚珠螺母8联接，内齿轮与四个型腔外齿轮12啮合，外齿轮12固定在型芯13上，外齿轮12伸出端构成型腔外螺纹。为防止型芯13与外齿轮12一起转动，用键11与型芯固定板22联接。7.2.1.2 模具工作过程模具安装时，定模以浇口套18与注射机定模板上的定位孔配合。开模时，面先分型，定模座板17与定模板19分离，脱出浇口。当开模到一定距离时，模具两边拉板23与销14接触，面分开，即定模板19与动模板20分离，在外齿轮12上的外螺纹型腔螺纹阻力和塑件包紧力的作用下，塑件留在动模上，拉板23拉断浇口。这时顶杆1接触注塑机挡块，使滚珠丝杠6移动，从而带动滚珠螺母8及内齿轮10旋转，内齿轮10再带动四个型腔外齿轮12旋转，从而使外齿轮12上的外螺纹型腔转动；由于型芯13通过键11与型芯固定板22联结，所以型芯不随型腔外齿轮12转动；在塑件孔内有一与中心距离6mm的平面，该平面与型芯13上相应的平面作用使塑件不发生转动，通过外螺纹型腔转动，迫使塑件旋离外齿轮12的外螺纹型腔，同时推动塑件作轴向运动脱模。模具采用滚珠丝杠、型腔齿轮自动脱模机构，利用注塑机自身动作为塑件旋转脱模提供动力，不需外接动力配置，节省了模具制造成本，提高了零件生产的可靠性。模具结构紧凑，传动稳定可靠，塑件出模顺畅，生产效率高，塑件螺纹的尺寸精度符合设计标准。7.2.2 链条传动旋转型芯自动脱螺纹热流道注塑模结构分析 润滑油壶瓶盖塑件如图7-3所示，材料为PP。塑件内侧带有矩形螺纹，有防伪圈和止转槽，外观质量要求较高，需求量大。塑件是由自动灌装线机器旋盖，所以对其尺寸及螺纹精度要求较高，需采用自动旋转脱螺纹方式82。7.2.2.1 模具结构 模具结构如图7-4所示，三分型面，一模八腔，采用热流道针阀式点浇口进料。1脱螺纹机构 模具采用减速电机通过链条传动完成自动脱螺纹，止转圈12防止塑件与螺纹型芯17一同旋转。2浇注系统 由于塑件生产量较大，质量要求高，模具采用热流道针阀式点浇口进料。因热流道是借助于加热、绝热和温控手段将熔融塑料输送至模具型腔内，所以流道内部压力损耗小，熔体流动性好，密度均匀，塑件内应力降低，变形程度大为减弱，尺寸稳定性显著提高。热流道无流道废料，生产成本低；针阀式喷嘴自动切断浇口，生产效率高。3冷却系统 因螺纹型芯经常处于旋转状态，无法直接冷却，所以模具在螺纹型芯17中心部分增加冷却型芯14，通过钢管13将冷却水引入螺纹型芯17，形成环流。定模型腔采用八处直通水路，外接水管形成循环，冷却效果良好。4模具材料 由于塑件生产量大，旋转脱模，所以模具材料应选用高耐磨性、淬透性材料。模具的关键零件选用了ASSAB公司的CALMAX635材料，热处理硬度5660HRC，效果良好。7.2.2.2 模具工作过程 开模时，模具首先从II面分型，同时靠斜销24拉开滑块11，脱出塑件防伪圈外凹部分，并使塑件留在动模部分。然后电机通过大链轮19、小链轮27及链条26带动螺纹型芯17转动，同时，面依靠弹簧4张力分型。螺纹完全脱出后，注射机顶出机构推动二次推板23前移，模具面分型，完成塑件防伪圈内凹部分的脱模，此时，塑件从模具中完全脱出，完成一个生产周期。 弹簧4张力应适中，弹力过大易造成螺纹最后一扣破损，过小则面不易分型，弹簧张力可通过提高运动件的制造精度及调整弹簧压缩量调节。7.2.2.3 模具传动部分设计因链条传动比较紧凑，张紧力及轴上载荷较小，效率较高，适合模具传动要求，且采购方便，成本低，所以采用链条传动。1模具型腔中心距及链轮参数的确定 综合考虑模具型腔尺寸及结构设计尺寸等因素，型腔之间的中心距在150mm之内较为合理。通过对链轮的校核，采用链节距15.875、齿数23的链轮，其分度圆直径为117mm，能够满足模具设计中心距的要求。为增加链轮的啮合齿数，使传动更加平稳，设计时增加了两处张紧轮25。2电机转速及轴承的选择 因塑件旋转5圈即可将螺纹脱出，为保证模具的正常使用寿命，螺纹型芯17的转速不宜太快，所以设计时按每5s完成一次旋转脱模计算，大链轮19的转速应在60rmin。 如设定传动比为0.5，则小链轮齿数为11，转速120rmin，所以选用减速电机的转速应在120rmin左右。 由于模具使用的轴承既要起到定心的作用，又要承受注射压力对螺纹型芯的轴向作用力，所以轴承必须同时承受径向载荷和轴向载荷，因向心推力滚子轴承能够同时满足上述条件，故选用此类轴承。7.2.3 三板双浇点齿环旋转自动脱模注塑模结构分析斜齿轮塑件形状及尺寸如图7-5所示，材料PA。塑件内壁上有6条轴向凸筋，尺寸精度要求较高50。7.2.3.1 模具结构模具结构如图7-6所示，一模三件，采用三板双点位点浇口结构，二次分型是由内置拉杆17、滑块14及拉钩15来实现，采用顶套3脱模，模具结构紧凑。一般斜齿轮的螺旋角在816之间，此范围的斜齿轮的脱模可直接顶出。由于塑件的内孔有六条沿轴向排列的凸筋，所以采用可旋转的齿环7脱模。如果螺旋角很大，螺旋角与脱模方向形成死角（自锁角）或造成的阻力过大，必须采用导轮，利用开模或脱模动力引导脱模机构，按螺旋角的旋转方向旋出塑件。7.2.3.2 模具工作过程开模时，在拉钩15作用下，面分型，点浇口被斜置冷料穴拉断，主浇道凝料被拉料杆18带出，当拉杆17斜面触及滑块14后，滑块14压缩弹簧13往里抽，与拉钩15脱离，并被拉杆17托住，阻止了定模板8的移动，面分型，浇道凝料被定模板8从拉杆17上卸下，顶板22推动顶套3前移，脱出塑件，齿环7随之旋出。斜齿轮可认为是螺纹的变形，该模具脱斜齿轮的方式与脱螺纹相似，故可借鉴旋转齿环的方式脱螺纹。7.2.4 链条传动型芯旋转气压辅助脱螺纹热流道注塑模结构分析塑料密封盖的形状及尺寸如图7-7所示，材料HDPE。塑件形状简单，但壁厚不均匀，内径采用矩形螺纹，没有止转圈，外观及螺纹精度要求较高，需求量大。7.2.4.1 模具结构模具结构如图7-8所示，一模一腔，采用热流道针阀式点浇口进料，利用减速电机通过链条传动实现自动脱螺纹。1模具的冷却 模具在动、定模型腔及螺纹型芯上分别设置三套冷却系统。由于螺纹型芯经常处于旋转状态，无法直接冷却，所以设计模具时在螺纹型芯中心部分增加水套3，通过动模座板上的冷却水道将冷却水引入型芯，形成螺旋型冷却环流，较好地完成了螺纹型芯的冷却。另外两套冷却系统分别开设在动、定模上，外接冷却水管，形成回路，模具冷却均匀、迅速，塑件质量良好83。2传动部分设计 运动中，链条传动没有滑动，且传动尺寸比较紧凑，不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小，效率较高，比较适合模具中的传动要求，所以采用链条传动。7.2.4.2 模具工作过程合模，熔体进入型腔，经保压、冷却后塑件成形。开模时，塑件包紧在螺纹型芯7上跟随动模一起退回。开模完毕，电机开始工作，通过传动系统带动链轮2，使水套3转动，从而螺纹型芯7随同旋转（螺纹型芯7通过螺钉与水套3相连），使塑件脱离型芯7。7.2.4.3 模具设计中应注意的问题 1防转问题 由于塑件本身没有止转圈，浇口为热流道针阀式点浇口，不能起到止转作用，型腔与型芯也不同时在动模上，因此需设计止转机构以防止脱螺纹时塑件旋转。模具利用弹簧21解决这一问题。在模具工作过程中，处于压缩状态的弹簧21推动动模6，使衬套垫圈18的端面始终与塑件的端面相接触，依靠摩擦阻力确保在脱螺纹的过程中塑件不发生转动，从而实现塑件的顺利脱出。 2由于模具在工作过程中，传动部分不停地旋转，摩擦及料温都将使模具产生很大的热量，因而冷却要充分。同时各转动部位要考虑设置注油孔，保证润滑方便，3注塑过程是一个熔体与气体的置换过程，成形后塑件与螺纹型芯7之间形成真空，这给螺纹型芯的脱出带来困难。模具在螺纹型芯7上安装了气塞8，通过斜孔与滚柱20的空隙相连，能够消除塑件与型芯之间的真空状态，便于脱模。7.3 组合滑块自动脱螺纹注塑模结构分析 组合滑块脱螺纹是将螺纹成形零件做成两瓣或多瓣的形式，合模时，对合成整体，开模，顶出塑件的同时，螺纹也逐渐脱模。如果内螺纹直径较大，且又是几组断续螺纹，则将有螺纹的部分用分瓣的形式拼合。如果塑件是两组相对90的断续螺纹，可采用斜面燕尾与型芯组合的形式。开模后利用斜推杆与顶杆一起推动塑件逐渐脱离型芯，与此同时，螺纹型芯分别向中间靠拢，脱离塑件螺纹之后，斜推杆与顶杆一起将塑件顶出。 当模具的型芯不能设计成瓣合形式、或回转脱螺纹模具结构太复杂时，可将螺纹部分做成活动型芯或型环，开模时随塑件一起脱模，在模具外与塑件脱离。这种模具结构简单，但需要数个螺纹型芯或型环，并需要预热装置及模外取芯装置，以便对螺纹型芯或型环预热及卸下。自动开合型芯利用模具的开模动作能够自动张开和收缩，一般用于内螺纹成形，既能用于单腔，亦能用于多腔成形。7.3.1 组合型芯自动脱螺纹注射模结构分析 带环形内侧凹（凸）的塑件（以下简称侧凹塑件）如图7-9所示。外部带环形侧凹的塑件，常采用对分滑块成形；内部有环形侧凹的塑件，设计模具时常分为两大类：第l类是可强制脱模的塑件，其尺寸要求是，并且脱模时塑件材料具有较好的韧性，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等，成形这类塑件的模具结构较简单；第2类是难以强制脱模的塑件，其成形模具结构较复杂84。 对于侧凹塑件，可采用组合型芯实现塑件自动脱模。首先，将型芯分成若干块；其次，各型芯块在脱模时发生相对运动以实现成形侧凹的型芯块径向内移。此类模具的设计关键有两点：（1）怎样分割型芯，才能使其通过一定的运动实现型芯与塑件的分离；（2）怎样使分割好的型芯发生相对运动，实现脱模。7.3.1.1 组合型芯结构 组合型芯结构如图7-10所示。由于型芯为圆形，被分成数块的型芯不能同时发生径向运动，因此，它们至少要被分成两组先后运动。从结构上看，要在塑件中一次提供两组芯块的运动空间是不可能的（因为此时两组芯块围成环形），但可为其中一组提供运动空间：一是模具设计时直接让出空间（如图7-10（a）、（b）所示）；二是型芯中部为实体，开模时先将型芯中部抽出而让出空间（如图7-10（c）所示）；三是利用第二组芯块与第一组芯块的斜面配合发生相对运动而得到空间（如图7-10（d）所示）。由以上分析可得：成形环形内侧凹的型芯要被分成2n+1块（其中n2）。型芯分为2n+1块有多种分法。当n2时，如图7-11（a）所示，型芯分为5块，其中C块根据塑件的结构可有可无，可放在动模部分，亦可放在定模部分。型芯结构如图7-10（a）、（b）、（c）所示时，A块内侧应为直面，B块与A、C块以斜面配合。型芯如图7-10（d）所示的结构时，C块与A块、B块与A、C块均以斜面配合。型芯各块配合简单，加工方便，但在侧凹深度相同时所需侧抽距离较大。当n3时（如图7-11（b）所示），型芯各块的形状、加工、配合较复杂，但侧抽芯距离较短。因此，在满足侧抽芯距离的情况下，块数越少越好。7.3.1.2 型芯脱模方式1型芯内部直接让出径向运动空间 A组型芯块开模时发生径向运动，B组型芯则利用开模方向的运动实现径向运动。A组型芯的径向运动可通过斜销、弹簧、齿轮齿条、液压气压等抽芯机构实现。齿轮齿条抽芯机构结构复杂，液压气压抽芯机构需另加液压缸、气压缸，因此常采用前两种抽芯机构。B组型芯的径向运动采用斜推杆实现比较简单。两板式模具结构如图7-12所示，开模时，楔紧块7脱离滑块8，滑块在弹簧12的作用下向中心移动实现部分抽芯。顶出塑件时，斜推杆14在推出机构的作用下实现另一部分的侧向抽芯运动。2芯部为实体的型芯 开模时C块首先相对于A、B两组型芯作轴向运动，然后A、B两组型芯分别实现径向运动，二次分型注塑模模具结构如图7-13所示。开模时，在弹簧6张力作用下，面先分型，型芯14下移，弹簧12推动滑块11内移，实现部分侧抽芯，限位钉10与动模板7接触时，面分型，塑件跟随动模部分退回。注塑机顶出机构通过斜推杆17推出塑件，同时实现另一部分侧向抽芯。7.3.1.3 设计模具时注意事项1斜推杆的复位 由于开模时模具有两次分型，因而斜推杆17不能固定在推杆固定板3上，为保证斜推杆17的成形位置，可采用弹簧复位或利用分型面复位。2推出距离 推出距离为面的分型距离与实现侧抽所需的有效推出距离之和。7.3.2 对开式斜滑块内抽芯自动脱螺纹注塑模结构分析 磁化杯盖内衬塑件如图7-14所示，材料为PP（透明聚丙烯）。塑件内侧均布3段弦长18mm、半圆形截面的断续螺纹；外侧有2条宽5mm、深lmm槽，安装时起定向插入作用（杯盖外壳内对应处有2条凸筋）；塑件顶部的方形截面盲孔与杯盖外壳内的方形凸台配合，使用时起止转作用；塑件下端部外侧有4个小凸台，安装时靠其弹性卡住杯盖外壳而固定塑件。塑件上不允许有明显的浇口、推杆和活动型芯的镶拼痕迹。7.3.2.1 模具结构 模具结构如图7-15所示，一模两件，单分型面结构85。1外侧对开式斜销滑块侧向分型机构 由于塑件端部外侧有4处小凸台，采用一般的凹模型腔无法脱模，因此模具采用对开式斜销滑块侧向分型机构，斜销29固定在定模板9内，对开式侧成形滑块27安装在推件板26的导滑槽内，与其形成导滑槽的压块3为整条式，即一个压块同时压住左右两个侧成形滑块27。若用一个斜销使侧成形滑块平稳移动，则侧成形滑块的宽度应在长度的2/3以下，本模具侧成形滑块的宽度比长度大得多，因此，采用两个斜销驱动一个侧成形滑块，保证了侧向分型与复位时侧成形滑块27的平稳移动。2内侧抽芯机构 由于塑件内侧面均布3处断续螺纹，因此，必须采用内侧抽芯机构或活动镶件形式脱出塑件。若采用传统的斜滑块抽芯机构，则斜滑块必须镶到塑件内侧顶部，成形后由推杆将其斜向推出一定距离作内侧抽芯，然后脱出塑件，但塑件顶部会留下明显的镶拼接缝，不能满足塑件的外观要求。若采用活动镶件形式，除存在上述缺陷外，还有自动化程度不高、生产效率低等缺点。为此，模具采用了一种特殊的内侧抽芯机构较好地解决了这一问题。型芯14设计成台阶式，垫圈15用自制螺钉16固定在型芯14下端，且与动模凸模13留有距离S（内侧抽芯所需的推出距离），螺钉17将固定套18（固定于推杆固定板22）与自制螺钉16连结起来。斜滑块10安装在动模凸模13（固定于动模板25内且有止转作用）内，其上端与型芯14接触，下端置于与推件板26固定的环形推块12上。环形推块如图7-16所示，其3处内凸部分顶在斜滑块10上。推出机构工作时，推杆19（兼复拉杆）通过推件板26推动塑件脱离动模凸模13，同时，环形推块12推动斜滑块10在动模凸模13的导滑槽内斜向上移动，完成内侧抽芯。3浇注系统 模具采用拉切式潜伏浇口进料，浇口开设在侧成形滑块27的对开接合面处，主流道下端设计了反锥料穴，一方面使浇口痕迹更加隐蔽，不影响塑件的外观，另一方面避免了在主流道下端设置拉料杆。分型时，主流道凝料在反锥料穴的作用下从浇口套7中脱出，脱模结束时，流道凝料与塑件连在一起，自动落下。7.3.2.2 模具工作过程 开模时，动模部分下移，塑件包在动模凸模13和型芯14上随动模一起移动，主流道凝料在反锥料穴作用下脱离浇口套7。同时，斜销29驱动侧成形滑块27侧向分型。侧向分型结束时，侧成形滑块27的位置由定位机构11确定，保证斜销29与侧成形滑块27的孔对准。动模部分下移一定距离时，推出机构开始工作。推杆19通过推件板26推动塑件脱离动模凸模13，环形推块12推动斜滑块10进行内侧抽芯，同时，斜滑块10上端推动型芯14上移。螺纹内侧抽芯结束、斜滑块10脱离环形推块12时，垫圈15与动模凸模13接触，型芯14停止运动。推出机构继续工作，螺钉17与固定套18脱离，推件板26上移推动塑件脱离型芯14。合模，复位杆19使推出机构复位时，固定套18先与螺钉17接触，然后带动型芯14和斜滑块10复位。侧成形滑块27复位后，由楔紧块28锁紧，完成一次注塑循环。7.3.3 收缩型芯齿轮齿条旋转脱螺纹注塑模结构分析放大镜框塑件形状及尺寸如图7-17所示，材料ABS。塑件外部凸起处有一螺纹孔，用来安装手柄；内壁有环形内凹，用以装入放大镜片。塑件尺寸精度及表面质量要求较高。7.3.3.1 模具结构 模具结构如图7-18所示，一次分型，一模两件，侧浇口进料。塑件内壁的环形槽和外侧的螺纹孔是模具设计的主要问题。环形槽采用瓣块型套18收缩型芯成形，其上部被分割成大小各六瓣扇形瓣块，合模时，瓣块被芯杆17撑开，形成一个完整的凸缘型芯。当芯杆17退至瓣块芯套18下部空腔时，瓣块在带内锥的套筒16挤压下向内收缩（见图7-18中型芯收缩状态示意图）从塑件中退出。为避免扇形瓣块在塑件内壁形成许多合缝痕，型腔处设置了套环19。螺纹孔的脱模采用齿轮1、齿条7机构。若齿条直接带动螺纹型芯旋转而使螺纹完全旋出，模具高度无法满足。因此，以增加传动比的方式，螺纹型芯27通过齿轮1从螺纹块26中旋出完成螺纹脱模。开模时应注意控制开模距离，不应使齿条7从齿轮1中完全退出，否则，不但影响啮合，还容易改变螺纹型芯27的定位。7.3.3.2 模具工作过程开模时，齿条7通过齿轮1、惰轮3将螺纹型芯27旋出。模具开启后，顶杆13推顶瓣块型套18下座，因芯杆17撑着瓣块，套筒固定板5随之前移，浇道系统从拉料杆8上退下。芯杆17滑入瓣块型套18空腔部位后，限位杆6限制套筒固定板5继续前移，瓣块型套18推动塑件脱离动模板20，并在套筒16内锥作用下，瓣块向内收缩从塑件中退出。合模前，顶杆13的推力消除后，瓣块型套18